Endüstriyel makinelerin artan güç yoğunluğu, tüm üretim hattının kapanmasına yol açabilecek sahte açma, aşırı ısınma ve yıkıcı arıza riskini artırır. Verimlilik gereksinimlerini karşılarken bu riskleri azaltmak için tasarımcıların çeşitli sorunların üstesinden gelebilecek dirençlere ihtiyacı vardır. Bazı dirençlerin dalgalanma veya arıza olaylarını sınırlayabilmesi, bazılarının yenilenen enerjiyi dağıtabilmesi ve diğerlerinin kompakt bir muhafaza içinde güvenilir ısı dağıtımı sağlaması gerekir.
Kısacası uygun dirençlerin seçimi, güvenilir endüstriyel motor sürücü sistemlerinin tasarlanmasında önemli bir adım haline gelmiştir.
Bu makale, endüstriyel makine tasarımcılarının karşılaştığı zorluklara ve ilgili direnç teknolojisinin avantajlarına odaklanmakta, ardından tasarımcıların ortak frenleme ve geçici koruma senaryolarını ele almak için kullanabileceği Ohmate'in kapsamlı ürün yelpazesindeki temsili dirençler ele alınmaktadır.
Aşırı akım sınırlama ve aşırı gerilim koruması için darbe enerjisi emilimi
Endüstriyel motor sürücüleri genellikle dirençleri geçici yüksek enerji olaylarına maruz bırakır. Bunun iyi bir örneği VFD'nin ön şarj aşamasıdır. Bu faza enerji verildiğinde, DC bara kapasitörü güç kaynağına kısa devreye yakın bir durum sunarak dik ani akım tepe noktası oluşturur. Ön şarj devresinde akım sınırlama direnci yoksa bu ani artış yukarı akım korumasını tetikleyebilir veya sürücünün IGBT'sine zarar verebilir.
Arıza enerjisi emiliminde, kazayağı devresinde ve güç kaynağı koruma seviyelerinde benzer yüksek enerji darbesi talepleri ortaya çıkar. Tüm bu durumlarda, direncin kısa ama büyük enerji darbelerini mekanik bozulma olmadan absorbe etmesi ve bu işlemi bir dizi çalışma döngüsü boyunca tekrarlayabilmesi gerekir.
Ohmate'in PulsA serisi seramik kompozit dirençleri bu amaç için özel olarak tasarlanmıştır. Endüktif olmayan blok seramik yapısı, enerjinin vücut boyunca eşit şekilde dağıtılmasını sağlayarak, geleneksel yara dirençlerine zarar verebilecek kurşun yorulması riskini azaltır. Bu endüktif olmayan yapı aynı zamanda hızlı akım geçişleri sırasındaki sahte voltaj yükselmelerinin azaltılmasına da yardımcı olur; bu, anahtar kenarının dik olabileceği koruyucu devrelerde çok faydalıdır.
Seri A, 1,0 Ohm ila 15 k Ohm arasındaki direnç değerlerini, 2,0 W ila 5,5 W arasındaki sürekli güç değerlerini, 1000 V ila 2500 V arasındaki darbe gerilimi değerlerini ve 250 J ila 2800 J arasındaki tek darbeli enerji kapasitesini kapsar. Bu aralık, tasarımcıların belirli bir koruyucu devrenin bara voltajını ve enerji özelliklerini seçmesine ve eşleştirmesine olanak tanır.
Örneğin, 3,3 Ω AY33GKE (Şekil 1), sistem empedansına ve kapasitansına bağlı olarak tipik bir 600 VDC baradaki tepe dalgalanma akımını yaklaşık 180 A (I=V/R) ile sınırlar. Bu akım, kapasitör grubunu hızlı bir şekilde şarj edecek kadar yüksek ve yukarı akış kontaktörü ile IGBT'yi koruyacak kadar düşüktür. 2000 V darbe gerilimi değeri, standart endüstriyel bara geriliminin çok üzerinde bir marj sağlarken, 1400 J tek darbe enerji değeri, tipik şarj döngüleri için yeterli marj sağlar.
Ohmite Ay33GKE Direnç Resmi
Şekil 1: AY33GKE direnci, 1400 J'ye kadar tek darbe enerjisini absorbe etmek için gövde seramik yapısını kullanır. Resim kaynağı: Ohmit)
AY33GKE'nin sürekli güç değerinin yalnızca 4,5 W olduğu ancak bunun hedef geçici uygulama için yeterli olduğu belirtiliyor. Örneğin, VFD ön şarj döngüsü tamamlandığında direnç bypass edilir ve herhangi bir enerji dağıtımına gerek kalmaz.
Kompakt tahrik muhafazasında düşük endüktanslı dinamik fren
VFD motoru yavaşlattığında, motor bir jeneratör görevi görür ve yenilenen enerjiyi DC baraya geri besler. Kıyıcı devre bu enerjiyi yüksek frekanslı kesme ve kesme akımlarında fren direncine yönlendirir. Fren direncinin önemli bir parazit endüktansı varsa, bu hızlı akım geçişleri kıyıcı IGBT'ye zarar verebilecek voltaj yükselmeleri üretecektir. Aynı zamanda, modern kontrol kabinleri giderek küçülüyor ve hacimli konveksiyonlu soğutma rezistans kutusu için giderek daha az fiziksel alan bırakıyor.
TAP800 serisi kalın film düzlemsel dirençler bu iki sorunu çözer. Direnç elemanları yüksek alüminalı seramik alt tabaka üzerine inşa edilmiştir ve alt metal kaplama, verimli ısı transferine olanak tanır. Düz profil, ısıyı doğrudan şasiye veya soğuk plakaya aktararak, geleneksel konveksiyon soğutma dirençlerinin monte edilemediği muhafazalarda yüksek güçlü dinamik frenlemeye olanak tanır. Bu düzlemsel konfigürasyon aynı zamanda parazitik endüktans ve kapasitansı da en aza indirerek yüksek frekanslı darbe yüklerine maruz kaldığında istikrarlı performans sağlar.
TAP800 serisi, uygun ısı dağılımına sahip tüm modeller için sürekli 800 W nominal değerle 1 Ω ila 10 k Ω arasındaki direnç aralığını kapsar.
Tipik bir örnek TAP800K390E'dir (Şekil 2). Sıvı veya hava soğutmalı radyatörlere monte edildiğinde 390 Ω direnç değerine ve 800 W sürekli güç dağıtım derecesine sahiptir. Dinamik frenlemenin kritik özelliği, yüksek hızlı IGBT anahtarlarının kıyıcı devresinin her iki ucunda kesintiye neden olan geçici voltaj geçişlerini tetiklememesini sağlayan 80 NH endüktansıdır.
Ohmate TAP800K390E Kalın Film Düz Direnç resmi
Şekil 2: TAP800K390E, iletim soğutması için tasarlanmış kalın film düzlemsel bir dirençtir. Resim kaynağı: Ohmit)
TAP800K390E ayrıca canlı DC barası ile topraklanmış montaj yüzeyi arasında sağlam elektriksel izolasyon sağlar. Maksimum çalışma voltajı 5000 VDC'dir ve kısmi deşarjın nominal değeri, kısmi deşarjın 10 Pikokulometreden (pC) az olması koşuluyla 4 kVRMS'dir, böylece uzun vadeli güvenilirlik elde edilebilir. Bu spesifikasyonlar, yalıtımın, zaman içerisinde bozulma olmaksızın, tekrarlayan yüksek gerilim streslerine ve modern endüstriyel sürücülere özgü anahtarlama geçişlerine dayanabilmesini sağlar.
Yüksek ataletli yükler için ağır hizmet tipi dinamik frenler
Bazı motor sürücü uygulamaları, kompakt paketlemeye saf enerji kullanımından daha az önem verir. Örneğin endüstriyel vinçler, santrifüjler ve ağır hizmet tipi yokuş aşağı konveyörler, bu uygulamalardaki yükün azaltılması, motoru büyük miktarda kinetik enerjiyi sürücüye geri besleyen bir jeneratör gibi davranmaya zorlar. Bu durumlarda, fren direncinin şiddetli dalgalanmalara dayanabilmesi ve ısı birikimini önlemek için döngüler arasında hızla soğuması gerekir.
Ohmiti'nin Corrib 280 serisi dirençleri bu yüksek akım, düşük dirençli görev için tasarlanmıştır. Seri, oluklu direnç tellerinin boru şeklinde bir seramik çekirdek etrafına sarılması ve bunların camsı emaye kaplama ile eritilip sabitlenmesiyle oluşturulmuştur. Bu yapının çeşitli işlevleri vardır: oluklu direnç telleri yüzey alanını arttırır ve ısı dağılımını hızlandırır; Seramik çekirdek ve sır kaplama, verimli ısı transferini desteklerken mekanik dayanıklılığı artırır; İçi boş çekirdek, pasif soğutma için havanın direnç gövdesinden geçmesine izin verir.
Corrib280 serisinin sürekli güç değeri 35 watt ile 1500 watt arasında değişmektedir ve 300 watt modelinin direnç değeri 0,10 Ω kadar düşüktür. Bu, tasarımcıya dirençleri belirli veri yolu voltajına, frenleme akımına ve fiziksel alan kısıtlamalarına göre eşleştirme konusunda önemli bir esneklik sağlar.
Temsili bir örnek C300KR50E'dir (Şekil 3). 0,5 Ω direnç değerine ve 300 W sürekli serbest hava değerine sahiptir. Daha da önemlisi, frenleme koşulları açısından Corrib280 serisinin aşırı yük değeri, 5 saniye (s) boyunca nominal gücün 10 katıdır. C300KR50E için bu, 3000 W'a kadar kısa süreli darbelere karşılık gelir.